background image

background image

NERVOUS SYSTEM PHYSIOLOGY 

Lecture one  

Dr. Suroor Mohamed 


background image

Objective :

1. What is the physiologic anatomy of  Nervous System & its parts?

2. Describe the peripheral  nervous system ?

3. What is Effects of Sympathetic and Parasympathetic  division of Autonomic system 

on Specific Organs?

4. Whats mean by stress response ?


background image

The 

nervous system 

is a complex network of nerves and cells 

that carry messages to and from the brain and spinal cord to 
various parts of the body.

The nervous system contains more than 

100 billion 

neurons and 

consists of 

Central nervous system and Peripheral nervous 

system.

The Central nervous system is made up of the 

brain and 

spinal cord 

and The Peripheral nervous system is made up of the 

Somatic and the Autonomic 

nervous systems

The Central Nervous System (CNS)
The

central nervous system is divided into two major parts: 

the brain and the spinal cord.

The Brain
The brain lies within the skull and & consists of four principal parts:

the brain stem
the cerebrum
the cerebellum
the diencephalon


background image

The brain  has nerve cells called the 

neurons and supporting cells 

called the glia

.

 خاليا عصبية وخاليا مساندة لها

There are two types of matter in the brain: 

grey matter and white 

matter

 المادة الرمادية والبيضاء

Grey matter 

receives and stores impulses. Cell bodies of neurons 

and neuroglia are in the grey matter. 

White matter 

in the brain 

carries impulses to and from grey matter. It consists of the nerve 
fibers (axons).

The Spinal Cord

  الحبل الشوكي

The spinal cord is along tube like structure which extends from the 
brain. 

The spinal cord is composed of a series of 31 segments. A pair of 
spinal nerves comes out of each segment. The region of the spinal 
cord from which a pair of spinal nerves originates is called the 
spinal segment. Both motor and sensory nerves are located in the 
spinal cord. It lies within the vertebral Column.


background image

background image

The Peripheral Nervous System

The Peripheral nervous system  is made up of two parts:

1- Somatic nervous system

2- Autonomic  nervous system

Somatic  Nervous System

   الحركي

The somatic  nervous system  consists of peripheral nerve fibers that 
pick up sensory information  or sensations  from the peripheral or 
distant organs (those away from  the brain like limbs)  and carry them 
to the central nervous system.

These also consist of motor  nerve fibers that come out of the brain 
and take the messages  for movement  and necessary  action to the 
skeletal muscles.  For example, on touching  a hot object the sensory 
nerves carry information  about the heat to the brain, which in turn, 
via the motor  nerves, tells the muscles  of the hand to withdraw  it 
immediately.

The whole process takes less than a second to happen. The cell body 
of the neuron that carries the information  often lies within the brain or 
spinal cord and projects directly  to a skeletal muscle.


background image

Neurons in the Peripheral Nervous System

The smallest worker in the nervous system is the neuron. For each of 
the chain of impulses there is 

one preganglionic 

neuron, or one before 

the cell body or 

ganglion, that is like a central controlling

body for 

numerous neurons going out peripherally.

The preganglionic neuron is located in either the brain or the spinal cord. 
In the autonomic nervous system this 

preganglionic neuron projects to 

an autonomic ganglion. The postganglionic neuron then projects to the 
target organ.

In the somatic nervous system there is 

only one neuron 

between the 

central nervous system and the target organ while the autonomic 
nervous system uses 

two neurons

.


background image

background image

background image

background image

Autonomic Nervous System

 الجهاز العصبي التلقائي

Another part of the nervous system is the Autonomic Nervous System. It has 
three parts:

1- the sympathetic nervous system
2- the parasympathetic nervous system
3- the enteric nervous system

This nervous system controls the nerves of the inner organs of the body on 
which humans have 

no conscious control

. This includes the heartbeat, 

digestion, breathing (except conscious breathing) etc.
The nerves of the autonomic nervous system enervate the smooth

involuntary 

muscles of the (internal organs) and glands 

and cause them to function and 

secrete their enzymes etc.
The 

Enteric nervous system 

is the third part of the autonomic nervous system. 

The enteric nervous system is a complex network of nerve fibers that innervate 
the organs within the 

abdomen like the gastrointestinal trac

t, pancreas, gall 

bladder etc. It contains nearly 100 million nerves.


background image

background image

ANS 

The autonomic nervous system (ANS) is the part of the nervous system that

is responsible for

homeostasis

(maintenance of nearly constant conditions in 

the internal environment).

Except for skeletal muscle

, which gets its innervation from the

somatomotornervous system,innervation to all other organs is supplied

by the ANS.

Nerve terminals are located in

smooth muscle

(e.g., blood vessels, the

wall of the gastrointestinaltract, urinary bladder),

cardiac muscle

, and

glands

(e.g., sweat glands, salivary glands)

so, the A.N.S.

controls the involuntary functions

which are not under

our will &so controlled automatically & reflexly, because some of them

are too vital to allow any interference from our behavior.

One of the most striking characteristics of the autonomic nervous system

is the

rapidity and intensity

with which it can change visceral functions.

o

For instance, within 3 to 5 seconds it can increase the heart rate to twice

normal,

o

and within 10 to 15 seconds the arterial pressure can be doubled.


background image

General organizationof the autonomic nervous system

The A.N. S often operates by

o

centers in the spinal cord (such as emptying of the urinary bladder),

o

brain stem (centers for control of B.pr., H.R. & respiration),

o

Hypothalamus (temperature regulation center & centers to control

hunger & thirst)

o

also portions of the cerebral cortex especially  the limbic system.

Higher centers can transmit impulses to lower centers & influence

autonomic control.

o

For instance, stimulation in appropriate areas of the hypothalamus

can activate the medullary cardiovascular center control centers

strongly enough to increase the arterial B.P. to more than double

normal.

Cerebral cortex has connections with the hypothalamus. & brainstem.

ANS  often operates by means of 

visceral reflexes

. That is, 

subconscious 

sensory 

signals from a visceral organ can enter the autonomic ganglia, 

the brain stem, or the hypothalamus and then return subconscious 
reflex responses directly 
back to the visceral organ to control its activities.

The efferent autonomic signals are transmitted to the various organs of the 
body through two major subdivisions called the 

sympathetic nervous 

system 

and the 

parasympathetic nervous 

system.


background image

Sympathetic division

The sympathetic nerve fibers

originate

in the spinal cord along with spinal

nerves between  cord segments

T-1 and L-2.

This is why the sympathetic nervous

system is sometimes called the

thoracolumbar division of the ANS.

Preganglionic neuron

o

The cell body

of each preganglionic neuron lies in the intermediolateral

horn of the spinal cord.

o

the axons

of the sympathetic preganglionic neurons leave the spinal cord

and exit via the ventral root.

o

They then separate from the ventral root and project to the adjacent

sympathetic 

paravertebral ganglion

, where some of them end on the cell

bodies of the postganglionic neurons.

o

Some

preganglionic neurons

pass through the paravertebral ganglion chain

and end on postganglionic neurons located in

prevertebral ganglia (or

collateral)

ganglia close to the viscera

, including the celiac, superior

mesenteric, and inferior mesenteric ganglia.

o

There are also preganglionic neurons whose axons terminate directly on the

adrenal gland.


background image

background image

The ganglion

o

Paravertebral ganglia are 

located

adjacent to each thoracic and upper lumbar spinal 

segments; in addition, there are a few ganglia adjacent to the cervical and sacral spinal

segments.

o

The ganglia are

connected

to each other via the axons of preganglionic neurons that travel

rostrally or caudally to terminate on postganglionic neurons located at some distance.

o

Together these ganglia form the

sympathetic chain

bilaterally.

Adrenal medulla:

It is sympathetic ganglia in which the postganglionic cells loss their axons & become

specialized to secrete directly into the blood stream.

The adrenal medulla secretes catecholamine (epinephrine, nor epinephrine& dopamine)

directly into the blood.

Postganglionic neurons (Segmental Distribution of the Sympathetic Nerve Fibers)

The sympathetic pathways that originate in the different segments of the spinal cord are not
necessarily distributed to the same part of the body as the somatic spinal nerve fibers from the
same segments. Instead:

The postganglionic sympathetic to the head

originate in the superior, middle& Stellate

ganglia (cervical ganglia) in the cranial extension of the sympathetic  ganglionic chain.

The post ganglionic sympathetic to the chest

originate in the above gang. & the 

paravertebral sympathetic ganglia (T1-T4).

The postganglionic sympathetic to the abdominal viscera

originate in the collateral ganglia

(prevertebral ganglia, which include celiac, superior mesenteric. & inferior mesenteric

ganglia.) from the preganglionic. N. (greater splanichnic N.& small splanichnic N.) which

originate from (T4-L2).

Uterus & male genital tract

are innervated by a special system of short  noradrenergic N. with cell

bodies in ganglia in or near these organs


background image

background image

background image

Parasympathetic division (Cranio-sacral outflow)

parasympathetic fibers leave the central nervous system through:

a. Cranial nerves III, VII, IX, and X. (hint 1973)

1. 

tenth cranial nerve:

About 75 percent of all parasympathetic nerve fibers are in the 

vagus nerves (cranial nerve X), passing to the entire thoracic and abdominal regions 

of the body.

2. 

Parasympathetic fibers in the third cranial nerve

go to the pupillary sphincter and 

ciliary muscle of the eye.

3. 

Fibers from the seventh cranial nerve

pass to the lacrimal, nasal, and

submandibular glands,

4. 

fibers from the ninth cranial

nerve go to the parotid gland.

b. The pelvic branches of the 2nd-4th sacral N.:

These fibers then distribute to the descending colon, rectum, urinary bladder, and lower 

portions of the ureters& supplies nerve signals to the external genitalia to cause

erection.

In both outflow, the preganglionic division will end on a short postganglionic division on a 

ganglion near the visceral structure.


background image

background image

Parasympathetic Functions of Cranial Nerves

• Oculomotor nerve (III) 

– narrows pupil & focuses  lens

• Facial nerve (VII)

– regulates secretion of tear, 

lacrimal & salivary  glands

• Glossopharyngeal (IX)

– regulates parotid salivary gland

• Vagus nerve (X)

– muscles  and glands  of the viscera 

as far inferiorly as the proximal 
half of colon


background image

Chemical transmissionat autonomicjunctions

Transmissionat the synaptic junctions between preganglionicand postganglionicneurons and between

the postganglionic neurons and the autonomic effectors are chemically mediated. The principal

transmitter agents involved are

acetylcholine

and

norepinephrine

Chemical divisions of the A.N.S

Accordingto the type of neurotransmitter secreted,the A.N.S. can be divided into:

A. Cholinergic division: secret Ach.

The autonomic neurons that are

cholinergicare:

1)  All preganglionic neurons

2)  All parasympatheticpostganglionicneurons

3)  Sympatheticpostganglionic neurons that innervate sweat glands

4)  Sympatheticpostganglionic neurons that end on blood vessels in some skeletal muscles and

producevasodilation when stimulated (sympatheticvasodilator

nerves).

B. Adrenergicdivision: secret nor epinephrine

The remaining sympatheticpostganglionicneurons are noradrenergic.

The adrenal medulla is essentiallya sympatheticganglionin which the postganglioniccells have lost their axons

and secrete norepinephrine(20%) and epinephrine (80%) directlyinto the bloodstream

Cholinergic fibers secrete acetyl choline. Adrenergic fibers secrete norepinephrine (noradrenalin). 
Non-adrenergic non-cholinergic (NANC)
1.

All preganglionic neurons (sympathetic & parasympathetic)  cholinergic

2.

Postganglionic parasympathetic  cholinergic

3.

Postganglionic sympathetic  adrenergic except: postganglionic sympathetic to sweat glands and 

few blood vessels  cholinergic


background image

Types of receptors

1. Cholinergic receptors

: which are stimulated by Ach. :

A. Nicotinic receptor: present in the autonomic ganglia. & at the neuromuscular 

junction with skeletal muscle ,are ligand-gated ion channels

B. Muscarinic receptor: present in the organs on which cholinergic neurons will act, use 

G proteins as their signaling mechanism

2. Adrenergic receptor

A. Alpha receptor:

o alpha1 & alpha2 which are linked to different G proteins

o Binding of an agonist to α 1 adrenoceptors leads an increase in intracellular Ca 2+.

o Binding of an agonist to α 2 -adrenoceptors causes dissociation of the inhibitory G protein to 
inhibit adenylyl cyclase and decrease (cAMP).

B. Beta receptor:

beta1 , beta2 &beta3 

(Binding of an agonist to β-adrenoceptors activates the G s - coupling protein 

to activate adenylyl cyclase and increase cAMP.

Norepinephrine excites mainly alpha receptors but excites the beta receptors to a lesser extent as 

well. Epinephrine excites both types of receptors approximately equally.


background image

background image

background image

background image

Basic Characteristics of Sympathetic and Parasympathetic Function

Cholinergic and Adrenergic Fibers— Secretion of Acetylcholine or Norepinephrine

The sympathetic and parasympathetic nerve fibers secrete mainly one or the other of two

synaptic transmitter substances, acetylcholine or norepinephrine. Those fibers that secrete

acetylcholine are said to becholinergic. Those that secrete norepinephrine are said to be

adrenergic, a term derived from adrenalin, which is an alternate name for epinephrine.

All preganglionic neurons are cholinergic in both the sympathetic and the parasympathetic

nervous systems. Acetylcholine or acetylcholine-like substances, when applied to the

ganglia, will excite both sympathetic and parasympathetic postganglionic neurons. Either

all or almost all of the postganglionic neurons of the parasympathetic system are also

cholinergic.

Conversely, most of the postganglionic sympathetic neurons are adrenergic. However, the

postganglionic sympathetic nerve fibers to the sweat glands, to the piloerector muscles of

the hairs, and to a very few blood vessels are cholinergic.

Thus, the terminal nerve endings of the parasympathetic system all or virtually all secrete 
acetylcholine
. Almost all  of the sympathetic nerve endings secrete norepinephrine, but a few 
secrete acetylcholine. These hormones in turn act on the different organs to cause respective 
parasympathetic or sympathetic effects. Therefore, acetylcholine is called a parasympathetic 
transmitter 
and norepinephrine is called a sympathetic transmitter


background image

Two Principal Types of Acetylcholine Receptors—Muscarinic and Nicotinic Receptors

Acetylcholine activates mainly two types of receptors. They  are 

called muscarinic and  nicotinic receptors

Muscarinic receptors 

are found  on all effector cells that are stimulated by  the postganglionic cholinergic neurons of 

either the parasympathetic  nervous system or the sympathetic system.

Nicotinic receptors 

are found  in the autonomic ganglia at the synapses  between the preganglionic and postganglionic 

neurons of both the sympathetic and  parasympathetic  systems. (Nicotinic receptors are also present at many  non 

autonomic nerve endings—for instance, at the neuromuscular junctions in skeletal muscle.

Adrenergic  Receptors—Alpha  and  Beta Receptors

There are also two major types of adrenergic receptors,

alpha receptors and beta receptors

. (The beta receptors in turn

are divided into beta1 and beta2 receptors because certain chemicals affect only certain beta receptors. Also, there is a

division of alpha receptors into alpha1 and alpha2 receptors.)

Norepinephrine and epinephrine

, both of w hich are secreted into the blood by the adrenal medulla, have slightly

different effects in exciting the alpha and beta receptors. Norepinephrine excites mainly alpha receptors but excites the

beta receptors to a lesse rextent as well. Conversely, epinephrine excites both types of receptors approximately equally.

Therefore, the relative effects of norepinephrine and epinephrine on different effector organs are determined by the

types of receptors in the organs. If they are all beta receptors, epinephrine will be the more effective excitant.

Note that certain alpha functions are excitatory, whereas others are inhibitory. Likewise, certain beta functions are

excitatory and others are inhibitory. Therefore, alpha and beta receptors are not necessarily associated with excitation

or inhibition but simply with the affinity of the hormone for the receptorsin the given effector organ. .


background image

Action potential → depolarization → increased
permeability

to

Ca

+2

secretion

of

neurotransmitter

Synthesis of Ach & Its Destruction:

Synthesis:

Acetyl-CoA + choline 

Cholineacetyl transferase

Ach

Axoplasm to vesicle

Destruction:

Ach

Acetylcholine esterase 

Choline + acetate

Present in terminal nerve ending
receptor organ (tissue acetylcholine esterase)
serum acetylcholine
destruction in seconds

Mechanism of secretion of Ach & NE:


background image

Autonomic Reflexes

Many visceral functions of the body are regulated by autonomic reflexes.

1.

Cardiovascular Autonomic Refle xes: 

Several reflexes in the cardiovascular system help to control especially the arterial blood pressure and the heart rate. One of these is the

baroreceptor reflex. Briefly, stretch receptors called baroreceptors are located in the walls of several major arteries, including especially the

internal carotid arte ries and the arch of the aorta. When these become stretched by high pressure, signals are transmitted to the brain stem,

where they inhibit the sympathetic impulses to the heart and blood vessels and excite the parasympathetics; this allows the arterial pressure

to fall back toward normal.

2

.

Gastrointestinal Autonomic Refle xes.

The uppermost part of the gastrointestinal tract and the rectum are controlled principally by autonomic reflexes. For instance, the smell of

appetizing food or the presence of food in the mouth initiates signals from the nose and mouth to the vagal, glossopharyngeal, and salivatory

nuclei of the brain stem. These in turn transmit signals through the parasympathetic nerves to the secretory glands of the mouth and

stomach, causing secretion of digestive juices sometimes even before food enters the mouth.

Whe n fecal matter fills the rectum at the othe r end of the alimentary canal, se nsory impulses initiated by stretching the rectum are se nt to

the sacral portion of the spinal cord, and a reflex signal is transmitted back through the sacral parasympathetics to the distal parts of the

colon; these result in strong peristaltic contractions that cause defecation.

3. Other Autonomic Reflexes. 

Emptying of the  urinary bladde r is controlled in the  same way as e mptying the  rectum; stretching of the  bladde r sends impulses to the sacral 

cord, and this in turn causes reflex contraction of the bladder and relaxation of the urinary sphincters, thereby promoting micturition.

Also important are the sexual reflexes, which are initiated both by psychic stimuli from the brain and by stimuli from the sexual organs. 

Impulses from these sources converge on the sacral cord and, in the male, result first in erection, mainly a parasympathetic function, and 

the n e jaculation, partially a sympathe tic function


background image

“Alarm” or “Stress” Response of the Sympathetic Nervous System

When large portions of the sympathetic nervous system discharge at the same time—that is, a mass discharge— this increases in many ways 

the  ability of the  body to pe rform vigorous muscle activity. Let us summarize

these ways:

1. Increased arterial pressure

2. Increased blood flow to active muscles concurrent with decreased blood flow to organs such as 

the gastrointestinal tract and the kidneys that are not needed for rapid motor activity

3. Increased rates of cellular metabolism throughout the body

4. Incre ased blood glucose concentration

5. Increased glycolysis in the liver and in muscle

6. Increased muscle strength

7. Increased mental activity

8. Increased rate of blood coagulation

The sum of these effects permits a person to perform far more strenuous physical activity than would otherwise be possible. Because either 

mental or physical stress can excite the sympathetic system, it is frequently said that the purpose of the sympathetic system is to provide 

extra activation of the body in states of stress: this is called the sympathetic stress response.


background image

Thank for your listening 




رفعت المحاضرة من قبل: Haider Abdullah
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 158 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل